王 慶，蔣 輝

（中國直升機設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

直升機實現(xiàn)空中加油，可增大作戰(zhàn)半徑、延長留空時間，直升機的續(xù)航時間和航程將不受所帶燃油的限制，從而提高了預(yù)警、反潛、偵察和救援等任務(wù)的能力和效率。

直升機采用空中加油，使直升機能執(zhí)行遠距離任務(wù)和隨機變動部署，直接飛到目的地就可以立即投入戰(zhàn)斗，省去了使用其他交通載體進行轉(zhuǎn)運的時間。此外，直升機采用空中加油，能使直升機在作戰(zhàn)需要或緊急的情況下少裝燃油，增加有效載荷，在高寒高原地區(qū)可憑借少裝燃油獲得必要的懸停性能，執(zhí)行任務(wù)后再經(jīng)空中加油后返回基地。而當直升機在崎嶇不平的地帶或有大樹的森林地帶飛行不能利用地面效應(yīng)時，空中加油有助于直升機小載油量低空持續(xù)盤旋，提高執(zhí)行諸如火場救援等特種任務(wù)的能力。

1 國外直升機空中加油技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前全世界有20多個國家擁有空中加油機，但是真正掌握固定翼飛機空中加油技術(shù)的只有英、美、俄、法、中5個國家，其中美國已掌握直升機空中加油技術(shù)，具備全面而完善的直升機空中加油能力，技術(shù)最為成熟和先進。早在越南戰(zhàn)爭期間，美軍便利用HC-130“大力士”加油機對HH-3E“快樂綠巨人”直升機進行空中加油，使HH-3E的留空巡邏時間增加到5小時。1967年5月兩架HH-3E直升機利用空中加油完成了直升機第一次不著陸橫越大西洋的飛行。從紐約飛到巴黎，全程6 870 km，累計飛行了30多小時，飛行途中每架HH-3E空中加油9次。1983年末，美國第六艦隊的HC-4“黑種馬”直升機作戰(zhàn)支援中隊的兩架CH-53E“超級種馬”直升機利用空中加油，從意大利的錫戈內(nèi)拉基地直接飛到塞浦路斯的拉爾納卡，以支援在貝魯特附近海面上的美國海軍艦只，飛行距離達1 650 km。1989年12月，美軍入侵巴拿馬時3架美軍特種作戰(zhàn)部隊的CH-47D“支奴干”直升機利用加油機進行兩次空中加油，直接從美國的坎內(nèi)爾堡飛到了巴拿馬，為及時參與戰(zhàn)斗贏得了時間。相關(guān)美國進行的直升機空中加油如圖1—3所示。

目前，除美國之外，世界上還有其他一些國家也在逐步開展直升機空中加油技術(shù)的研究。

為了參與美國空軍新型戰(zhàn)斗搜索和救援直升機計劃的競標，2007年2月13日，名為“HH-71”的團隊在英格蘭上空成功地利用西班牙空軍C-130J“大力士”加油機為英國皇家空軍AW101“灰背隼”直升機實施空中加油，這是英國直升機第一次演示空中加油。試驗的飛行高度為4 000 m，兩架飛機的航速都為127節(jié)［1］（見圖4）。

此外，法國空軍也充分認識到直升機空中加油的重要性，把發(fā)展直升機空中加油能力提升到最高級別，并對此作長期的投入。2015年10月，法國空軍首次開展了直升機晝間空中加油試驗，此后，2016年2月，法國空軍再次以H225M“超美洲獅”為受油直升機，以MC-130J“戰(zhàn)影Ⅱ”運輸機為加油機，首次開展了直升機夜間空中加油試驗［2］（見圖5）。

2 直升機空中加、受油系統(tǒng)及組成

2.1 直升機空中加油系統(tǒng)組成及工作原理

國際上主流的空中加油系統(tǒng)主要分為伸縮套管式（硬式）和軟管-錐套式（軟式）兩大類。用硬式加油系統(tǒng)給直升機進行空中加油的難度較大，目前世界范圍內(nèi)直升機空中加油主要采用的是軟式加油系統(tǒng)。

圖1 HH-60“鋪路鷹”直升機在進行空中加油

圖2 MH-47G“支奴干”直升機在進行空中加油

圖3 MH-53“鋪路洼”直升機在進行空中加油

圖4 C-130J“大力士”為AW101“灰背隼”直升機進行空中加油

圖5 MC-130J“戰(zhàn)影Ⅱ”為法國空軍H225M“超美洲獅”直升機進行空中加油試驗

軟式空中加油系統(tǒng)的主要設(shè)備是空中加油吊艙，通常掛在加油機左右機翼下。加油吊艙包括驅(qū)動系統(tǒng)、軟管收放及響應(yīng)系統(tǒng)、輸油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)主要是指沖壓空氣渦輪，渦輪通常安裝于吊艙的頭部，它會在迎面氣流作用下旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動燃油泵或液壓泵，分別提供輸送燃油和收回軟管所需的動力。軟管收放系統(tǒng)用于伸出或收回軟管。軟管的響應(yīng)系統(tǒng)是在空中加油過程中，根據(jù)軟管所受的拉力，調(diào)節(jié)軟管的伸出長度，避免軟管過緊或過松。軟管過松會導(dǎo)致軟管擺動劇烈或發(fā)生纏繞，軟管過緊則可能導(dǎo)致加、受油機輸油管路脫開。

輸油系統(tǒng)包括燃油泵、調(diào)壓系統(tǒng)、軟管和錐套。燃油泵將燃油通過軟管泵送至受油機，調(diào)壓系統(tǒng)用于調(diào)整加油接頭處的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)變化，錐套上的穩(wěn)定傘用于保持錐套的穩(wěn)定性。

相較于硬式加油系統(tǒng)，軟式加油系統(tǒng)的優(yōu)點在于空中加油吊艙是一個獨立的裝置，有利于將飛機改裝成加油機，拆卸方便；且不需要專門的加油員，可同時給2～3架飛機加油。其缺點在于加油速率要低于硬式加油系統(tǒng)的加油速率，同時，在氣流不穩(wěn)定時進行空中加油難度較大。

2.2 直升機空中受油系統(tǒng)組成及工作原理

與軟式加油系統(tǒng)相對接的空中受油系統(tǒng)的主體部分是受油插頭，通常裝在駕駛艙附近，便于飛行員目視對接。當軟式加油系統(tǒng)的加油接頭與受油插頭對接好后，就可以進行空中加油。受油插頭裝置可分為固定式和可收放式兩大類。固定式受油插頭固定在機體外部，結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、重量較輕，但對飛機氣動力影響較大，所以一般做成可拆卸的，不執(zhí)行空中加油任務(wù)時可在飛前迅速拆下；可收放式的受油插頭在不進行空中加油時，可收入機體內(nèi)，避免對飛機造成額外的氣動阻力，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

3 直升機空中加油的特點

直升機進行空中加油的原理和固定翼飛機類似，所需的加油設(shè)備和操作方式也基本一致，而區(qū)別就在于兩者飛行特性不同所帶來的部分差異。通常情況下，對固定翼飛機進行空中加油，是受油機主動去靠近加油機，然后以稍大于加油機的速度緩慢抵近加油管，對接成功后，保持相對速度，即可進行空中加油。而對直升機進行空中加油，由于其旋翼的存在，會形成大片危險區(qū)域使得由直升機抵近加油機的方式根本無法進行，只能是加油機從直升機側(cè)下方（約60 m處）緩慢接近并且超越直升機，然后直升機開始下降高度，到達加油機側(cè)后方，保持相對飛行速度，并與加油機作編隊飛行。之后，加油機上的錐套被彈出吊艙，穩(wěn)定傘張開，加油軟管被拖出。直升機飛行員操縱直升機以比加油機略快的速度前進，將受油插頭對接至錐套內(nèi)，對接成功后，直升機需繼續(xù)向前加速，同時抬高。當油管內(nèi)壓力達到收油狀態(tài)后，可以開始進行受油［3］。

通常直升機的巡航速度不會超過300 km/h，也就是在200～270 km/h的范圍內(nèi)，這就要求加油機能擁有較好的低速平飛能力。加油時直升機最大平飛速度與固定翼加油機的最小速度重疊至少有15～30 km/h，才能保證空中加油的安全和順利進行，因此，擁有渦槳發(fā)動機的飛機成為直升機加油機的首選，例如，美國的KC-130系列空中加油機以及空客在研的A400M加油機。

表1為美國大型加油機適配受油機情況，表2為國外部分現(xiàn)役/在研直升機空中加油機參數(shù)對照表。

表1 美國大型加油機適配受油機情況

表2 國外現(xiàn)役/在研直升機空中加油機參數(shù)對照

4 結(jié)語

具備空中加油能力的直升機能夠大大增加其執(zhí)行任務(wù)的靈活性，是提高戰(zhàn)時機動性的一種重要手段，在軍事斗爭及人道救援領(lǐng)域意義重大，為世界主要軍事強國所重視。通過對國外直升機空中加油技術(shù)現(xiàn)狀和特點研究，對國內(nèi)直升機開展空中加油技術(shù)發(fā)展提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和參考，具有重大的借鑒意義。